位移检测装置制造方法
【专利摘要】一种位移检测装置，包含光源、图像感测器及处理单元。所述光源用于照明工作表面。所述图像感测器用于获取所述工作表面的反射光以输出图像帧。所述处理单元在所述图像帧中选择图像特征值最大的可设定取样范围，并根据所述可设定取样范围来计算所述位移检测装置的位移量。
【专利说明】位移检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种互动装置，特别涉及一种可动态选择图像帧中有效像素范围以计算位移量的位移检测装置。
【背景技术】
[0002]已知光学鼠标通常包含光源、图像感测器以及处理单元，并供使用者在工作表面上操控。所述光源用于照明所述工作表面；所述图像感测器接收来自所述工作表面的反射光以输出图像帧；所述处理单元则根据所述图像感测器输出的图像帧来计算所述光学鼠标相对于所述工作表面的位移量，例如根据图像巾贞间的相关性(correlation)来计算所述位移量。
[0003]已知光学鼠标中，由于由所述图像感测器来获取所述工作表面的反射光，则当所述图像感测器所获取的图像帧的图像品质不佳时，可能出现无法正确计算所述位移量的情形。
[0004]例如参照图1所示，一般光学鼠标例如包含光源81，光源81通过透镜82照明工作表面9，所述工作表面9的反射光通过另一透镜83被图像感测器84所接收。光学鼠标在组装时，所述图像感测器84可能并非精确地被设置于期望位置，例如当所述图像感测器84被设置于84'的位置时，所述图像感测器84获取所述工作表面9的反射光所形成的图像帧的图像品质可能不佳，因而导致误运算的情形。
[0005]另外，即使所述图像感测器84正确地被设置于期望位置，当所述光学鼠标被操作于不同的工作表面时，仍然可能出现成像位置偏移的情形。例如参照图2A所示，其示出光学鼠标操作于玻璃表面的示意图，此时所述工作表面9的反射光仍然能够被所述图像感测器84所接收；然而，当光学鼠标操作于具有较大厚度的另一玻璃表面时，如图2B所示，所述图像感测器84则无法正确接收来自所述工作表面9的反射光，图像品质降低而导致误运算的情形。
[0006]鉴于此，本发明还提出一种位移检测装置，其可操作于各种表面并可有效克服组装误差所导致的图像品质降低的情形。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种位移检测装置，其可克服组装误差所导致的计算精确度降低的情形。
[0008]本发明的另一目的是提供一种位移检测装置，其可根据不同的工作表面来调整图像中贞的可设定取样范围(window ofinterest),以增加计算精确度。
[0009]本发明提供一种位移检测装置，包含光源、图像感测器以及处理单元。所述光源以一投射方向照明工作表面。所述图像感测器用于获取所述工作表面的反射光以输出图像帧。所述处理单元在所述图像帧中选择至少一个可设定取样范围，并分别根据两个所述图像帧的所述可设定取样范围来计算所述位移检测装置的位移量。[0010]本发明还提供一种位移检测装置，包含光源、图像感测阵列、加法单元、模拟/数字单元以及处理单元。所述光源以一投射方向照明工作表面。所述图像感测阵列用于获取所述工作表面的反射光以输出第一模拟图像帧。所述加法单元将所述第一模拟图像帧减去直流值以输出第二模拟图像帧。所述模拟/数字单元放大所述第二模拟图像帧并转换为数字图像帧。所述处理单元在所述数字图像帧中选择至少一个可设定取样范围，并根据所述可设定取样范围计算所述位移检测装置的位移量。本实施方式可用于当图像帧的图像特征较不明显时，用于增加图像特征值。
[0011]本发明还提供一种位移检测装置，包含光源、图像感测器及处理单元。所述光源以一投射方向照明工作表面。所述图像感测器用于获取所述工作表面的反射光以输出图像帧。所述处理单元在所述图像帧中选择图像特征值最大的可设定取样范围，并根据所述可设定范围计算所述位移检测装置的位移量。
[0012]本发明的位移检测装置中，通过使用具有较大面积(例如32X 128)的图像感测阵列以完整接收来自所述工作表面的反射光，其中所述图像感测阵列优选为长方形且其长度优选向所述光源投射方向的水平分量的方向延伸。
[0013]本发明还通过在所述图像感测器所获取的图像帧中选择至少一个可设定取样范围或图像特征值最大的可设定取样范围，以根据图像特征较明显的像素范围来正确计算位移量；其中，所述图像特征值最大指图像特征超过预设特征值的像素范围中，平均图像特征值最大者，例如平均图像品质的数值最大或平均图像亮度最大。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1示出已知光学鼠标的示意图，其示出图像感测器的组装偏差。
[0015]图2A和2B不出已知光学鼠标操作于不同厚度的玻璃表面的操作不意图。
[0016]图3示出本发明实施方式的位移检测装置的示意图，其示出图像感测器的组装偏`差。
[0017]图4示出本发明实施方式的位移检测装置的操作示意图。
[0018]图5A和5B示出本发明实施方式的位移检测装置操作在不同厚度的玻璃表面的操作示意图。
[0019]图6示出本发明实施方式的位移检测装置的方块示意图。
[0020]附图标记说明
[0021]I位移检测装置11、81光源
[0022]13、13'、13〃图像感测器 130、130'可设定取样范围
[0023]131图像感测阵列133加法单元
[0024]135模拟/数字单元15处理单元
[0025]16数字/模拟单元17、19光学元件
[0026]S、9工作表面P投射方向
[0027]Px投射方向水平分量Py投射方向垂直分量
[0028]Lx图像感测阵列长度方向 If图像帧
[0029]DAC直流值Dx平均亮度
[0030]Ax、Ay亮度特征变化T1、T2玻璃厚度[0031]82、83光学元件V84,84’图像感测器【具体实施方式】
[0032]为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合附图作详细说明。在本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，在此先说明。
[0033]参照图3所示，其示出本发明实施方式的位移检测装置I的示意图。位移检测装置I包含光源11、图像感测器13及处理单元15 ;有些实施方式中所述位移检测装置I还可包含光学元件17 (例如透镜)，用于调整所述光源11的投射范围以及光学元件19 (例如透镜)，用于增加所述图像感测器13的感光效率。所述位移检测装置I用于检测相对于工作表面S的位移量，并将所述位移量输出至电子装置(未示出)以进行相对应控制。必须说明的是，图3中所述位移检测装置I实际上仅包含一个图像感测器13、13'或13"，此处示出三个图像感测器用于表示组装偏差，亦即所述图像感测器可能位于13、13'或13〃其中一个位置，并非表示所述位移检测装置I包含三个图像感测器。
[0034]所述光源11例如可为发光二极管或雷射二极管，用于发出红外光或不可见光以提供所述图像感测器13获取图像时所需的光。所述光源11以一投射方向P照明所述工作表面S，其中所述投射方向P可分解为平行于所述工作表面S的水平分量Px以及垂直于所述工作表面的垂直分量PY。
[0035]所述图像感测器13优选为CMOS图像感测器或其他主动式图像感测器，用于获取所述工作表面S的反射光以持续输出图像帧If ;其中，所述图像帧If为数字图像帧。所述图像感测器13优选包含长方形的图像感测阵列131 ;所述图像感测阵列131的长度方向Lx大致向所述投射方向P的水平分量Px的方向延伸，而且所述图像感测阵列131例如具有像素尺寸32 X 128，但本发明并不限于此。藉此，如图所示不论所述图像感测器13在组装时被设置于13、13'或13〃的位置，所述图像感测器13均得以检测来自所述工作表面S的反射光。可以了解的是，13、13'或13〃的位置偏移量实际上非常小，为了表示的目的图3中放大了空间比例。
[0036]所述处理单元15例如可以是数字信号处理器(DSP)，用于在所述图像感测器13输出的所述图像帧If中选择至少一个可设定取样范围130，并根据所述可设定取样范围130来计算所述位移检测装置I的位移量，例如分别根据两个图像帧If的可设定取样范围130间的相关性(correlation)来计算所述位移量。一种实施方式中，所述至少一个可设定取样范围130定义为所述图像帧If的图像特征超过预设特征值的一个或多个像素范围，其中所述图像特征例如可为图像品质或图像亮度。换句话说，本发明的位移检测装置I的处理单元15并非利用所述图像感测器13所输出的整个图像帧If来计算所述位移量而是动态地利用图像特征较明显的像素范围进行计算。
[0037]参照第4图所示，当所述图像帧If中被判定为包含多个可设定取样范围时，例如此处包含130及130'，所述处理单元15则在所述图像感测器13输出的所述图像帧If中选择图像特征值最大或面积最大的可设定取样范围(例如130)，并根据所述可设定取样范围130来计算所述位移检测装置I的所述位移量而忽略可设定取样范围130'。其他实施方式中，所述处理单元15亦可根据不同的可设定取样范围来计算所述位移量，例如根据可设定取样范围130计算第一位移量并根据可设定取样范围130,计算第二位移量，并比较根据不同的可设定取样范围计算的所述位移量的一致性，因此在图像特征值不明显时(例如在反射系数较低的工作表面S操作时)，可用于重复确认所述位移量是否正确。所述图像特征值最大指图像特征超过预设特征值的各像素范围中，平均图像特征值最大者，例如平均图像品质的数值最大或平均图像亮度最大。
[0038]本发明实施方式的位移检测装置I除了可克服组装误差外，还可根据不同工作表面S来调整所述图像感测器13的可设定取样范围130。例如参照图5A和5B所示，其分别示出所述位移检测装置I在具有不同厚度的玻璃表面操作的示意图。当所述位移检测装置I在具有第一厚度T1的工作表面S操作时，所述可设定取样范围130例如位于图中所述图像感测阵列130最左侧，而当所述位移检测装置I在具有第二厚度T2的工作表面S操作时，所述可设定取样范围130例如朝向图中所述图像感测阵列130的右侧偏移。如前所述，所述处理单元15则可将所述图像帧If的图像特征超过预设特征值的一个或多个像素范围辨识为所述可设定取样范围130，并据以计算所述位移量。
[0039]此外，为了增加选择所述可设定取样范围130的精确度，当所述图像帧If的所述图像特征均小于所述预设特征值或输出每一个图像帧If时，所述图像感测器13还执行将模拟图像帧扣除直流值并放大经扣除所述直流值的所述模拟图像帧的步骤，再经数字化以输出所述模拟图像帧IF。
[0040]参照图6所示，其示出本发明实施方式的位移检测装置I的方块示意图；其中，所述图像感测器13还包含图像感测阵列131、加法单元133及模拟/数字单元135。此实施方式中，所述光源11同样以所述投射方向P照明所述工作表面S。所述图像感测阵列131用于获取所述工作表面S的反射光以输出第一模拟图像巾贞；所述第一模拟图像巾贞例如为二维模拟图像，其中图6 (A)例如示出所述第一模拟图像帧的一列像素的亮度值(Dx+Ax)，Dx表示平均亮度而Ax表示亮度特征变化值。所述加法单元133 (亦可利用减法器实现)将所述第一模拟图像帧减去直流值DAC以输出第二模拟图像帧，其中图6 (B)例如示出所述第二模拟图像帧的一列像素的亮度值(Dx-DAC) +Ax ；所述亮度值(Dx+Ax )扣除所述直流值DAC的目的在于避免在后续放大及数字化步骤中有亮度值过大的情形。所述模拟/数字单元135放大所述第二模拟图像帧并将其转换为数字图像帧以输出至所述处理单元15，其中图6 (C)例如示出所述数字图像帧的一列像素的亮度值(Dx-DAC)+Ay，Ay表示一亮度特征变化值；可明显看出亮度特征的峰对峰值有效地增加了。本实施方式中，所述模拟/数字单元135例如可为线性或非线性模拟/数字转换器，或者所述模拟/数字单元135内部还可包含放大单元，先放大所述第二模拟图像帧后，再进行模拟/数字转换。藉此，所述图像感测阵列131所感测的第一模拟图像帧经所述加法器133及所述数字/模拟单元135处理后则能增加数字图像帧的图像特征值，以增加选择可设定取样范围的正确性。
[0041]此外，本实施方式中，所述直流值DAC例如为所述第二模拟图像帧的平均亮度或偏移量，其可由所述处理单元15根据所述数字图像帧决定，并经过数字/模拟单元16将所述平均亮度或所述偏移量转换为模拟信号后输入至所述加法单元133。
[0042]此外，在实际操作期间，所述处理单元15将可在适当时机确认所选择的可设定取样范围130是否恰当。例如，所述处理单元15每隔预设时间间隔，则计算已选定的所述可设定取样范围130的图像特征值，当所述可设定取样范围130的图像特征值小于预设特征值时，则重新选择至少一个可设定取样范围130或图像特征值最大的可设定取样范围130 ；或者，所述处理单元15每隔预设时间间隔，直接重新选择至少一个可设定取样范围130或图像特征值最大的可设定取样范围130。此外，所述可设定取样范围130例如可在每次系统开机时或结束休眠状态时即进行选取，或者可根据使用者的指示进行选取。
[0043]综上所述，已知光学鼠标无法排除组装误差且在不同工作表面操作时可能出现无法正确接收来自工作表面反射光而导致误操作的情形。本发明还提出一种位移检测装置(图3到5)，其通过使用面积较大的图像感测阵列并选择可设定取样范围，由于仅使用部分图像特征较明显的像素范围进行计算，因而可有效克服组装误差并可适用于不同的工作表面。
[0044]虽然本发明已以前述实施方式公开，然其并非用于限定本发明，任何本发明所属【技术领域】中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种变动与修改。因此本发明的保护范围应以所附的权利要求书所限定的为准。
【权利要求】
1.一种位移检测装置，该位移检测装置包含: 光源，用于以一投射方向照明工作表面； 图像感测器，用于获取所述工作表面的反射光以输出图像帧；以及处理单元，在所述图像帧中选择至少一个可设定取样范围，并分别根据两个所述图像帧的所述可设定取样范围来计算所述位移检测装置的位移量。
2.根据权利要求1所述的位移检测装置，其中至少一个所述可设定取样范围为所述图像帧的图像特征超过预设特征值的像素范围。
3.根据权利要求2所述的位移检测装置，其中所述图像特征为图像品质或图像亮度。
4.根据权利要求2所述的位移检测装置，其中当所述图像帧的所述图像特征均小于所述预设特征值时，所述图像感测器还执行将模拟图像帧扣除直流值并将经扣除所述直流值的所述模拟图像帧进行放大的步骤，再输出所述图像帧。
5.根据权利要求1所述的位移检测装置，其中所述图像感测器包含长方形的图像感测阵列，所述图像感测阵列的长度方向向所述投射方向的水平分量的方向延伸。
6.根据权利要求1所述的位移检测装置，其中所述处理单元还对根据不同的所述可设定取样范围计算的所述位移量的一致性进行比较。
7.一种位移检测装置，该位移检测装置包含: 光源，用于以一投射方向照明工作表面； 图像感测阵列，用于获取所述工作表面的反射光以输出第一模拟图像帧； 加法单元，将所述第一模拟图像帧减去直流值以输出第二模拟图像帧； 模拟/数字单元，放大所述第二模拟图像帧并将所述第二模拟图像帧转换为数字图像帧；以及 处理单元，在所述数字图像帧中选择至少一个可设定取样范围，并根据所述可设定取样范围来计算所述位移检测装置的位移量。
8.根据权利要求7所述的位移检测装置，其中所述直流值为所述第二模拟图像帧的平均亮度或偏移量。
9.根据权利要求7所述的位移检测装置，其中所述可设定取样范围为所述数字图像帧的图像特征超过预设特征值的像素范围。
10.根据权利要求9所述的位移检测装置，其中所述图像特征为图像品质或图像亮度。
11.根据权利要求7所述的位移检测装置，其中所述图像感测阵列为长方形，所述图像感测阵列的长度方向向所述投射方向的水平分量的方向延伸。
12.根据权利要求7所述的位移检测装置，其中所述图像感测阵列的尺寸为32X128。
13.根据权利要求7所述的位移检测装置，其中所述处理单元还对根据不同所述可设定取样范围计算的所述位移量的一致性进行比较。
14.一种位移检测装置，该位移检测装置包含: 光源，用于以一投射方向照明工作表面； 图像感测器，用于获取所述工作表面的反射光以输出图像帧；以及处理单元，在所述图像帧中选择图像特征值最大的可设定取样范围，并根据所述可设定取样范围来计算所述位移检测装置的位移量。
15.根据权利要求14所述的位移检测装置，其中所述图像特征值为图像品质或图像亮度。
16.根据权利要求14所述的位移检测装置，其中所述图像感测器包含长方形的图像感测阵列，所述图像感测阵列的长度方向向所述投射方向的水平分量的方向延伸。
17.根据权利要求14所述的位移检测装置，其中所述处理单元每隔预设时间间隔，则计算所述可设定取样范围的所述图像特征值。
18.根据权利要求17所述的位移检测装置，其中当所述可设定取样范围的所述图像特征值小于预设特征值时，重新选择图像特征值最大的可设定取样范围。
19.根据权利要求14所述的位移检测装置，其中所述处理单元每隔预设时间间隔，重新选择图像特征值最大的可设定取样范围。
20.根据权利要求14所述的位移检测装置，其中当所述图像帧的所述图像特征值均小于预设特征值时，所述图像感测器还执行将模拟图像帧扣除直流值并将经扣除所述直流值的所述模拟图像帧进行放大的步骤，`再输出所述图像帧。
【文档编号】G06F3/0354GK103513791SQ201210211992
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月21日 优先权日:2012年6月21日
【发明者】高铭璨, 古人豪, 黄昱豪 申请人:原相科技股份有限公司